通辽位于内蒙古自治区东南部，属中温带、大陆性季风气候，春季地面大风常伴随扬沙、沙尘天气，容易造成土地风蚀和沙化[1-2]，影响农业生产、交通运输等[3]。王小玲等[4]研究表明，研究大风日数变化对区域气候变化、防灾减灾和风能开发等具有重要意义。任国玉等[5]研究表明，中国大部分地区风速呈下降趋势；李姝霞等[6]分析开封地区大风时空分布特征，发现该地区大风日数年际、年代际呈明显下降趋势，春季大风最多，占全年的45.2%，冬季次多，占全年的27.0%；张占峰等[7]研究发现，近40年柴达木盆地平均风速、大风日数的年、季和年代际变化均呈下降趋势；邱博等[8]在中国大风集中程度及气候趋势研究中发现，近50年来全国范围内大风日数均具有减少趋势，在大风天气的年分布上内蒙古地区表现较为分散；邢丽珠等[9]研究表明，1961—2018年内蒙古地区大风日数总体呈减少趋势，气候倾向率为-16.52 d/（10 a），空间分布呈中部多、东北西南少的格局。
目前对大风天气的研究多针对大风日数时空特征、平均风速和极大风速变化特征等单一要素，用于反映一次大风过程综合强度的定量评估指标有待进一步建立。本研究以通辽地区为研究对象，利用近50年最大风速、极大风速资料，从时间和空间2个角度对其大风站次变化特征进行较为全面的分析，并分析区域性大风的时间分布特征和综合强度，以了解该地区大风发生规律，为进一步提升该地区大风灾害的预警防范能力提供参考。
1 材料与方法
1.1 资料来源与大风定义
利用研究区1971—2020年的11个国家气象观测站的最大风速和极大风速资料（霍林郭勒2006年建站），各站点最大风速资料起始时间均为1971年；扎鲁特旗、科尔沁区和开鲁县的极大风速资料起始时间为2005年，霍林河为2006年，科左中旗、奈曼旗、科左后旗和库伦旗为2007年，青龙山、巴雅尔和舍伯吐为2011年。
根据GB/T 35227—2017《地面气象观测规范 风向和风速》，最大风速为给定时间段内任意10 min平均风速的最大值，极大风速为给定时间段内任意3 s平均风速的最大值。根据大风预警信号标准和日常业务要求，将观测站日最大风速≥10.8 m/s，或日极大风速≥17.2 m/s定义为1次大风天气，当有3个及以上站点出现大风天气视为1次区域性大风过程，区域性大风过程开始后，监测区内未有站点出现大风的前一日为区域性大风过程结束日，区域性大风过程开始日至结束日的天数为其持续日数[10]。
1.2 研究方法
1.2.1 风力等级划分
根据GB/T 28591—2012《风力等级》，将风力等级划分为18个等级，其中风速10.8～13.8 m/s（6级），风速13.9～17.1 m/s（7级），风速17.2～20.7 m/s（8级），风速20.8～24.4 m/s（9级），风速24.5～28.4 m/s（10级）和风速28.5～32.6 m/s（11级）。
1.2.2 区域性大风过程等级划分
区域性大风过程综合强度计算公式设计主要参考GB/T 42075—2022《区域性暴雨过程评估方法》，其综合强度计算如式（1） 。
区域性大风天气等级根据区域性大风天气过程等级指标（F）进行划分，将其划分为4个等级，分别为特强、强、较强和弱，对应的F值百分位数分别在>95%，（80%，95%]，（50%，80%]和（0%，50%][10]范围内。
1.3 数据分析
利用Excel软件处理大风站次数据；采用线性回归分析法和最小二乘法得出拟合方程，分析大风年际变化特征。
2 结果与分析
2.1 大风天气特征分析
2.1.1 历史最大风速与极大风速
由表1可知，该地区各站点的最大风速出现在开鲁县站，达29.0 m/s（11级）；次大值出现在舍伯吐站，达28.0 m/s（10级）。极大风速出现在霍林郭勒站，达32.2 m/s（11级），次大值出现在巴雅尔站，达31.4 m/s（11级）。各观测站点均观测到11级及以上的暴风天气，无飓风天气出现。综合来看，最大风速和极大风速分布特征表现为多出现在北部、西部地区的开鲁县和霍林河，最大风速历史极值主要出现在20世纪70年代，极大风速历史极值主要出现在21世纪初。
表1 研究区各站点大风天气历史最大风速、极大风速及出现时间 |
| 序号 | 站点 | 最大风速/（m/s） | 出现时间 | 极大风速/（m/s） | 出现时间 | 序号 | 站点 | 最大风速/（m/s） | 出现时间 | 极大风速/（m/s） | 出现时间 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 霍林河 | 16.8 | 2007-03-24 | 32.2 | 2006-10-18 | 7 | 科尔沁区 | 25.0 | 1986-04-18 | 29.4 | 1974-05-27 |
| 2 | 巴雅尔 | 25.7 | 1976-05-24 | 31.4 | 2020-05-30 | 8 | 科左后旗 | 21.0 | 1978-05-14 | 26.5 | 2019-04-17 |
| 3 | 扎鲁特旗 | 19.0 | 1972-07-14 | 24.8 | 2006-07-12 | 9 | 库伦旗 | 24.0 | 1973-03-29 | 25.1 | 2020-05-10 |
| 4 | 科左中旗 | 21.3 | 1978-05-14 | 29.7 | 2020-05-14 | 10 | 奈曼旗 | 25.3 | 1987-03-20 | 28.8 | 2009-07-13 |
| 5 | 舍伯吐 | 28.0 | 1998-10-31 | 25.6 | 2019-05-15 | 11 | 青龙山 | 21.3 | 1994-05-03 | 28.2 | 2016-05-03 |
| 6 | 开鲁县 | 29.0 | 1974-06-15 | 28.5 | 2020-05-30 |
2.1.2 大风天气时间分布特征
由图1可知，1—12月均有大风天气出现，春季3—5月为大风多发季节，达7 327站次，占比54.1%，其中4月大风天气最多，达2 954站次，占比21.8%，其次为5月，占比19.3%。夏季6—8月为大风少发季节，达1 692站次，占比12.5%，其中6月大风天气最多，达961站次，占比7.1%，8月最少，占比2.0%。秋季9—11月大风天气达2 250站次，占比16.6%，9月大风天气最少，占比2.6%，10和11月大风天气站次数基本相同，占比7.0%。冬季12—2月大风天气达2 284站次，占比16.9%，冬季各月大风天气分布较为均匀，在5.1%～6.4%。各站点中除霍林河5月出现大风天气最多，其余站点均在4月出现最多大风天气。各站点大风天气最少的月份有所差异，霍林河、科左中旗在1月，舍伯吐在12月，其余站点均在8月。综合来看，4和5月为该地区大风天气的多发月，1和8月为大风天气的少发月。
分析1971—2020年研究区各站点大风站次的年代变化（除霍林郭勒站），20世纪80年代出现大风次数最多，达3 198站次，90年代2 966站次，21世纪初1 881站次，21世纪10年代最少，为1 203站次。结果表明，该地区大风站次数年代变化有明显的减少趋势，大风的年变化波动性较大。
由图2可知，1987年该地区出现大风站次数最多，为456次，其次是1988年，为454次，出现300及以上站次有13个年份，100站次以下有3个年份，分别为2014年77站次、2012年79站次和2011年81站次。线性回归分析发现，大风天气年际变化整体呈下降趋势，变化率为-4.34 d/a。
2.1.3 大风天气空间分布特征
从大风地域分布来看呈西多东少趋势。由图1可知，该地区各站点大风天气累计13 553次，年平均出现大风天气271站次，该地区大风年频次24.6站/d，巴雅尔大风年频次44.3站/d，开鲁县大风年频次35.1站/d，科尔沁区、奈曼旗和霍林河年频次均大于24.6站/d，中部的舍伯吐和扎鲁特旗大风年频次较少，分别为13.6和17.3站/d。以上结果表明，1970—2020年该地区不同空间尺度大风发生频数分布不均，波动较大，其空间分布主要特点为西部、北部多于东部、南部。
2.2 区域性大风天气时间分布特征
2011—2020年研究区共出现152次区域性大风，年平均出现区域性大风15.2次。单日区域性大风52次，连续2 d的区域性大风次数最多为59次，占比38.8%。2011年5月26日—6月3日连续9日有区域性大风出现，单日最多有8个站点出现区域性大风。春季3—5月共出现80次区域性大风，占比52.6%，夏季出现最少，为17次，占比11.2%。月平均出现区域性大风12.7次，其中5月出现区域性大风次数最多，达35次，7和8月最少，各有3次；区域性大风主要出现在5月，其次为4月，7—9月和12—次年1月为区域性大风少发月份。旬平均出现区域性大风4.2次，5月中旬出现区域性大风达13次，5月下旬12次，4月中旬和5月上旬各10次，7月上中旬和8月中旬均无区域性大风出现。2020年出现区域性大风次数最多，为27次。综合来看，区域性大风天气多发季节是春季，以5月最多，近10年区域性大风呈增加的趋势。
2.3 区域性大风综合强度定量评估
由表2可知，综合强度最高的特强区域性大风过程为2017年5月2—7日，共39个站点出现区域性大风，持续6日，极大风速平均值21.00 m/s，综合强度达131.14；弱区域性大风出现在2011年4月6日，综合强度28.81。将152次区域性大风按照等级划分，结果表明，该地区出现特强区域性大风9次，强区域性大风22次，较强区域性大风49次和弱区域性大风72次。综合来看，该地区特强区域性大风出现趋势较弱，弱区域性大风出现频率较高。
表2 区域性大风过程综合强度（前十位） |
| 区域性大风出现日期 | 极大风速平均值/（m/s） | 平均影响站数/（站/d） | 持续日数/d | 综合强度（F) | 等级 |
|---|---|---|---|---|---|
| 2017-05-02—2017-05-07 | 21.00 | 6.500 | 6 | 131.14 | 特强 |
| 2020-05-10—2020-05-14 | 20.47 | 6.000 | 5 | 112.12 | 特强 |
| 2019-05-15—2019-05-21 | 20.80 | 4.375 | 6 | 106.57 | 特强 |
| 2020-04-19—2020-04-21 | 21.20 | 8.000 | 3 | 103.86 | 特强 |
| 2015-05-01—2015-05-07 | 19.90 | 3.850 | 7 | 103.31 | 特强 |
| 2018-04-10—2018-04-14 | 18.86 | 5.000 | 5 | 94.30 | 强 |
| 2012-03-29—2012-03-31 | 20.50 | 6.300 | 3 | 89.12 | 强 |
| 2019-04-15—2019-04-18 | 21.80 | 4.000 | 4 | 87.20 | 强 |
| 2011-05-26—2011-06-03 | 18.90 | 2.330 | 9 | 86.55 | 强 |
| 2015-05-31—2015-06-02 | 19.10 | 4.000 | 3 | 66.16 | 较强 |
| 2015-10-26—2015-10-27 | 19.60 | 4.000 | 2 | 48.01 | 弱 |
| 2011-04-06 | 18.22 | 2.500 | 1 | 28.81 | 弱 |
3 结论与讨论
本文基于11个观测站近50年（1971—2020年）的气象资料，从时间和空间2个角度对其大风站次变化特征进行较为全面的分析，并分析区域性大风的时间分布特征，确定其综合强度。结果表明，最大风速和极大风速分布特征表现为多出现在北部、西部地区的开鲁县和霍林河，最大风速历史极值主要出现在20世纪70年代，极大风速历史极值主要出现在21世纪初。研究区各站点均出现11级及以上的暴风天气，1—12月均有大风天气出现，4和5月为该地区大风天气的多发月，1和8月为大风天气的少发月。徐建国等[1]研究表明，大风的季节变化非常明显，峰值在春季，占年总大风日数的57%，本研究结果与此结果基本一致。李雨阳[11]对鄂尔多斯市40年大风的气候特征进行分析，发现大风的年变化波动性较大，最多与最少相差230次。研究区大风站次数年代变化有明显的减少趋势，大风的年变化波动性较大。王秀云[12]研究表明，阿拉善右旗大风日数具有明显的年际变化特征，总体呈减少趋势。本研究表明，1987年该地区大风站次数出现最多为456次，其年际变化呈明显下降趋势，变化率为-4.34 d/a。该地区大风日数年频次为26.4 d，西部、北部多发生大风天气。
赵子程等[13]研究发现，1971—1988年四平地区区域性大风年际变化不大，均在平均值上下波动，2005年以后明显增加，且大风天气最多的季节是春季，而春季则以4月最多。本研究表明，2011—2020年研究区共出现152次区域性大风，区域性大风天气最多的季节是春季，以5月最多，近10年区域性大风呈增加的趋势。研究区最强区域性大风为2017年5月2—7日大风，共39个站点出现区域性大风，持续6 d，极大风速平均值21.00 m/s，综合强度达131.14。
综上，研究区4和5月为该地区大风天气的多发月，1和8月为大风天气的少发月。该地区大风站次数年代变化有明显的减少趋势，年际变化呈下降趋势，变化率为-4.34 d/a，大风日数年频次为26.4站/d，空间分布上，研究区西部、北部多发生大风天气。区域性大风天气最多的季节是春季，以5月最多，近10年区域性大风呈增加的趋势；特强区域性大风出现趋势较弱，弱区域性大风出现频率较高。